Zagrała w kilkudziesięciu filmach amerykańskich i europejskich. Przez długie lata mieszkała we Francji i występowała głównie w dziełach francuskich reżyserów. Została odkryta przez Otto Premingera, który obsadził ją w tytułowej roli (Joanny d’Arc) w dramacie Saint Joan (1957). We Francji zagrała m.in. w Do utraty tchu (1960), jednym z klasycznych filmów Nowej Fali. W 1969 zagrała w komedii muzycznej Josha Logana Pomaluj swój wóz razem z Clintem Eastwoodem i Lee Marvinem. W 1974 wyreżyserowała krótkometrażowy dramat Ballad for Billy the Kid
Poza ekranem znana była z burzliwego i tragicznego życia osobistego. Była czterokrotnie zamężna, w latach 1962–1970 jej mężem był pisarz Romain Gary. Zginęła śmiercią samobójczą, po przedawkowaniu barbituranów.
W 2019 powstał film Seberg oparty na życiu aktorki. W roli tytułowej wystąpiła Kristen Stewart[1].